Giới thiệu rôto của động cơ tốc độ cao

MỘT Rôto động cơ tốc độ cao là một phần quan trọng của động cơ tốc độ cao, thường là hiện thân của trục quay. Nó hoạt động bằng cách khai thác năng lượng điện được tạo ra bởi động cơ để truyền chuyển động quay cho các thiết bị cơ học. Một đặc điểm xác định của các cánh quạt động cơ tốc độ cao là tốc độ quay cao của chúng, thường vượt quá 10.000 vòng quay mỗi phút (vòng / phút).

Trong thiết kế cấu trúc của các cánh quạt động cơ tốc độ cao, phải xem xét đáng kể cho các yếu tố như lực ly tâm và lực tác động phát sinh từ hoạt động tốc độ cao. Điều này đòi hỏi phải tối ưu hóa hiệu suất cân bằng nhẹ, cân bằng năng động và khả năng chống mài mòn. Một số loại cấu trúc phổ biến của các cánh quạt động cơ tốc độ cao tồn tại, bao gồm loại tay áo, loại đĩa, kiểu huyền phù và loại coplanar. Việc lựa chọn loại cấu trúc nên dựa trên nhu cầu thực tế.

Động cơ tốc độ, có kích thước nhỏ, mật độ công suất cao, kết nối trực tiếp với tải trọng tốc độ cao, loại bỏ các thiết bị tăng tốc độ cơ học truyền thống, giảm nhiễu hệ thống và hiệu quả truyền hệ thống được cải thiện Máy bay hoặc thiết bị cung cấp điện trên tàu. Họ đã trở thành một trong những điểm nóng nghiên cứu trong lĩnh vực kỹ thuật điện quốc tế.

Các đặc điểm chính của các động cơ tốc độ cao bao gồm tốc độ cánh quạt cao, dòng điện cuộn cao và tần số từ thông trong lõi sắt, mật độ công suất cao và mật độ tổn thất. Những đặc điểm này đòi hỏi các công nghệ chính và phương pháp thiết kế duy nhất cho động cơ tốc độ cao, phân biệt chúng với các động cơ tốc độ thông thường. Các cánh quạt động cơ tốc độ cao thường quay ở tốc độ trên 10.000 vòng / phút. Trong quá trình quay tốc độ cao, các cánh quạt nhiều lớp thông thường đấu tranh để chịu được các lực ly tâm lớn, đòi hỏi phải áp dụng các cấu trúc rôto có cường độ cao hoặc rắn mạnh đặc biệt. Đối với động cơ nam châm vĩnh cửu, các vấn đề về cường độ cánh quạt thậm chí còn nổi bật hơn vì vật liệu nam châm vĩnh cửu không thể chịu được ứng suất kéo được tạo ra bởi vòng quay cánh quạt tốc độ cao, đòi hỏi các biện pháp bảo vệ cho các nam châm vĩnh cửu.

Hơn nữa, ma sát tốc độ cao giữa rôto và khe hở không khí dẫn đến tổn thất ma sát trên bề mặt rôto lớn hơn nhiều so với động cơ tốc độ thông thường, đặt ra những thách thức đáng kể cho việc làm mát rôto. Để đảm bảo đủ cường độ cánh quạt, cánh quạt động cơ tốc độ cao thường thon, tăng khả năng tiếp cận tốc độ quay quan trọng so với động cơ tốc độ thông thường. Để tránh cộng hưởng uốn cong, điều quan trọng là dự đoán chính xác tốc độ quay quan trọng của hệ thống rôto.

Ngoài ra, vòng bi động cơ thông thường không thể hoạt động đáng tin cậy ở tốc độ cao, đòi hỏi phải áp dụng các hệ thống ổ trục tốc độ cao. Dòng điện xen kẽ tần số cao trong cuộn dây và thông lượng từ tính trong lõi sắt stator của động cơ tốc độ cao tạo ra các tổn thất bổ sung tần số cao đáng kể trong cuộn dây động cơ, lõi sắt stator và rôto. Hiệu ứng da và hiệu ứng gần với tổn thất cuộn dây thường có thể bị bỏ qua khi tần số dòng điện ở mức thấp, nhưng trong các tình huống tần số cao, cuộn dây stato thể hiện hiệu ứng da đáng kể và hiệu ứng gần, làm tăng thêm tổn thất cuộn dây.

Tần số từ thông cao trong lõi sắt stator của động cơ tốc độ cao không thể bỏ qua ảnh hưởng của hiệu ứng da và các phương pháp tính toán thông thường có thể dẫn đến các lỗi đáng kể. Để tính toán chính xác sự mất lõi sắt của động cơ tốc độ cao, cần phải khám phá các mô hình tính toán tổn thất sắt trong điều kiện tần số cao. Các sóng hài không gian gây ra bởi sự phân phối cuộn dây và phân phối cuộn không sin, cũng như các sóng hài thời gian hiện tại được tạo ra bởi nguồn điện PWM, tất cả đều tạo ra tổn thất dòng xoáy đáng kể trong rôto. Thể tích cánh quạt nhỏ và điều kiện làm mát kém gây ra những khó khăn lớn cho việc làm mát rôto. Do đó, tính toán chính xác các tổn thất dòng điện xoáy và thăm dò các biện pháp hiệu quả để giảm chúng là rất quan trọng đối với hoạt động đáng tin cậy của các động cơ tốc độ cao.

Hơn nữa, điện áp hoặc dòng tần số cao đặt ra những thách thức đối với thiết kế bộ điều khiển của động cơ tốc độ cao công suất cao. Động cơ tốc độ cao nhỏ hơn nhiều so với động cơ tốc độ thông thường có sức mạnh tương đương, có mật độ công suất cao và mật độ tổn thất, cũng như làm mát khó khăn. Nếu không có các biện pháp làm mát đặc biệt, nhiệt độ động cơ có thể tăng quá mức, rút ​​ngắn tuổi thọ quanh co. Đặc biệt đối với động cơ nam châm vĩnh cửu, nhiệt độ rôto quá mức có thể dẫn đến sự khử từ không thể đảo ngược của nam châm vĩnh cửu.

Động cơ tốc độ cao thường đề cập đến các động cơ với tốc độ quay vượt quá 10.000 vòng / phút hoặc các giá trị độ khó (sản phẩm của tốc độ quay và căn bậc hai của công suất) vượt quá 1 × 10^5. Trong số các loại động cơ khác nhau hiện có sẵn, những người đạt được thành công tốc độ cao chủ yếu bao gồm động cơ cảm ứng, động cơ nam châm vĩnh cửu bên trong, động cơ miễn cưỡng chuyển đổi và một vài động cơ nam châm vĩnh cửu bên ngoài và động cơ cột móng vuốt. Cấu trúc rôto của động cơ cảm ứng tốc độ cao tương đối đơn giản, với quán tính xoay thấp và khả năng hoạt động trong thời gian dài trong điều kiện nhiệt độ cao và tốc độ cao, khiến chúng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng tốc độ cao.

Tóm lại, cánh quạt động cơ tốc độ cao là các thành phần then chốt cho phép hoạt động tốc độ cao của động cơ, được đặc trưng bởi tốc độ quay cao, thiết kế cấu trúc đặc biệt và thách thức trong hệ thống làm mát và ổ trục. Với những tiến bộ công nghệ và nâng cấp công nghiệp, động cơ tốc độ cao đang ngày càng được áp dụng trên các lĩnh vực như xe điện, hàng không vũ trụ, robot công nghiệp và năng lượng sạch, thúc đẩy sự phát triển của các vật liệu và công nghệ hiệu suất cao. Ví dụ, việc sử dụng rộng rãi các cánh quạt sợi carbon, giúp tăng cường đáng kể hiệu quả và độ bền của động cơ, đánh dấu một kỷ nguyên mới của công nghệ động cơ tốc độ cao.